陀螺为什么转起来就能 尖足而立,不转就会歪倒
高速旋转的东西有一个特性,就是它能保持转轴的方向不 变。这个特性就叫陀螺的稳定性。陀螺转起来以后总能保持着转 轴向上,虽然它脚下很尖,却也不倒。
陀螺的稳定性是转动惯性的一种表现。为了揭开陀螺稳定性 的秘密,不妨再分析一下用纸板和火柴棒做的那种简易陀螺:它 转起来以后,能尖足着地。这是因为,圆盘转起来以后,各部分 都有了水平方向的速度。运动惯性要保护原速度的方向不变。对 纸板的各部分来说,由于这个向心力是沿着水平盘面作用的,因 而速度方向的改变,只限于在水平盘面内发生,并不会发生偏上 偏下的变化。也就是转动的纸板部分都要保持在水平面内运动, 使得转动平面和轴线的方向保持不变。当把旋转的陀螺抛向空中 时,只在轴上加了力,没有在转动平面上加力,所以转动轴的方 向不会改变。
总之,陀螺的稳定性就是陀螺在高速旋转后,如不受外力作 用,转轴在空间的方向不变,这个特性在各种机械上用途甚多。
自行车便是向陀螺学习的一种机械:两个轮子就像两个陀 螺,只有转起来才不倒,轮子转得越快,稳定性就越高,车就越 不易倒。轮子转慢,稳定性就差。
钻头旋转起来,有转动惯性,能保持它转轴的既定方向,打 起孔来就不易歪。 更多:https://www.bmcx.com/
在风浪中颠簸的轮船,为了减少轮船的摇摆,人们在船舱的 底部装上很重的飞轮,让它高速转动,由于飞轮能保持自己的转 动轴线方向不变,轮船就有力地抵抗了风浪的影响。大家知道, 惯性与质量有关,质量大,惯性就大。转动惯性也是这样,旋转 体的质量大了,转动惯性也就会增大,因此,机器上的飞轮都作 的比较重。
由于飞轮的转动惯性大,使它转动起来以后,再改变它的转 速就不那么容易———大飞轮比较容易保持均匀稳定的转速。这在 许多机器上是极有用的,例如手扶拖拉机的发动机是柴油机,柴 油机气缸中的四个冲程中,只有爆发冲程做功,柴油机使出的力 总是一下一下的冲击力,曲轴的转动就会不均匀,甚至无法转 动。有了巨大的飞轮情况就不同了,转动起来也就均匀多了。
要使质量大的旋转体减速乃至停止转动,由于它的转动惯性 很大,需要的阻力也就比较大。正像使飞驶的火车减速,由于其 惯性很大需要的阻力很大一样。根据作用力的原理,质量大的旋 转体会对阻碍它转动的物体产生巨大的反作用力。利用这一点, 可以使机械为我们做功:冲床、剪床上的大飞轮就能成为大力 士。
舰船在浩瀚的大海里,飞机在茫茫的天空中,航天器在无限 的太空内,都需要随时知道自己的航向、姿势、位置和速度。根 据陀螺的特性,人们制造了陀螺仪,让它来当向导。
人造地球卫星上天以后,不能东倒西歪,任意翻滚,必须让 它保持一定的姿态。这样,天线就应当总是对准地球。怎样让人 造卫星的姿态稳定呢?人们想到了利用陀螺使人造卫星绕着规定 的轴总是指着规定的方向,这就保持了一定的姿态。但是,天线 跟着转就不能对准地球了,怎么办?就让天线和必要的部分沿着 同一个轴反方向旋转,这样,天线就总是对准地球了。这就是人 造地球卫星的“双旋稳定技术”。
陀螺的稳定性是转动惯性的一种表现。为了揭开陀螺稳定性 的秘密,不妨再分析一下用纸板和火柴棒做的那种简易陀螺:它 转起来以后,能尖足着地。这是因为,圆盘转起来以后,各部分 都有了水平方向的速度。运动惯性要保护原速度的方向不变。对 纸板的各部分来说,由于这个向心力是沿着水平盘面作用的,因 而速度方向的改变,只限于在水平盘面内发生,并不会发生偏上 偏下的变化。也就是转动的纸板部分都要保持在水平面内运动, 使得转动平面和轴线的方向保持不变。当把旋转的陀螺抛向空中 时,只在轴上加了力,没有在转动平面上加力,所以转动轴的方 向不会改变。
总之,陀螺的稳定性就是陀螺在高速旋转后,如不受外力作 用,转轴在空间的方向不变,这个特性在各种机械上用途甚多。
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要使质量大的旋转体减速乃至停止转动,由于它的转动惯性 很大,需要的阻力也就比较大。正像使飞驶的火车减速,由于其 惯性很大需要的阻力很大一样。根据作用力的原理,质量大的旋 转体会对阻碍它转动的物体产生巨大的反作用力。利用这一点, 可以使机械为我们做功:冲床、剪床上的大飞轮就能成为大力 士。
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